Развитие методов расчётно-экспериментального обеспечения проектирования, испытаний и производства композиционных и гибридных авиаконструкций. - презентация

1 Развитие методов расчётно-экспериментального обеспечения проектирования, испытаний и производства композиционных и гибридных авиаконструкций

2 Основание для постановки работы: Федеральная целевая программа «Развитие гражданской авиационной техники России на 2002 – 2010 годы и на период до 2015 года»; Извещение Экспертного Совета при Научно- координационном совете Министерства промышленности и торговли Российской Федерации от 18 июня 2012 года, информационный листок 24.

3 Проблемы, их состояние и предлагаемые пути решения 1 Обеспечение прочности механических соединений элементов конструкций из КМ Сейчас эта проблема решается путем испытания конструктивно подобных образцов, что долго и дорого, либо исходят из предельно допустимой деформации пакета КМ, величина которой назначается по статистическим данным. Планируется разработка методики расчетной оценки прочности пакета КМ при наличии концентраторов напряжений по паспортным характеристикам монослоёв и схеме укладки пакета. Существующая схема обеспечения прочности соединений из КМ Испытания простейших образцовИспытания конструктивно подобных образцов Испытания прототипа

4 Проблемы, их состояние и предлагаемые пути решения 2. Обеспечение несущей способности подкрепленных тонкостенных конструкций из КМ с потерявшей устойчивость обшивкой (закритического деформирования) Конструктивно-технологические ограничения приводят к внутренним самоуравновешенным напряжениям и взаимовлиянию моментного и мембранного напряженного состояния в пакете КМ, что снижает прочность и жесткость слоистых обшивок, приводит к непредсказуемым последствия для несущей способности конструкции. Данная проблема не разработана до состояния, необходимого для практической реализации на инженерном уровне. Типовая схема расчета закритического поведения ячейки В работе предполагается разработать математический аппарат для численного исследования потери устойчивости и закритического деформирования слоистых композитных панелей при произвольных компоновках пакетов, исследовать влияние компоновок на несущую способность, сформулировать рекомендации по формированию унифицированных укладок Схема расчета закритического НДС по новой методикеОсобенности деформирования КМ

5 Проблемы, их состояние и предлагаемые пути решения 3 Обеспечение устойчивости и прочности отсеков фюзеляжей перспективных пассажирских самолётов с интегральной аэродинамической компоновкой R A A b a q Q w z v y u x MкMк Коммерческие программные пакеты NASTRAN и ANSYS реализуют приближенные методы расчёта, основанные на универсальных изопериметричесих конечных элементах. В работе предполагается разработка более точных нелинейных методов расчёта, учитывающих естественную кривизну оболочки, и новых конечных элементов на их основе для расчёта фюзеляжей некруговой формы поперечного сечения с обшивкой, изготовленной из КМ. Расчетная схема отсека фюзеляжаРезультаты расчета

6 Цели и задачи исследования 1 Разработка методов расчёта, технологии выбора допускаемых напряжений и конструктивно- технологических параметров высоконагруженных механических соединений силовых элементов из КМ и металла. -экспериментальные исследования НДС и прочности образцов соединений; - отработка методики численного моделирования местного НДС соединений; - подбор критериев прочности, разработка технологии выбора допускаемых напряжений, параметров геометрии и укладки композиционного материала в соединениях под заданные условия нагружения; 2 Решение в геометрически нелинейной постановке задачи устойчивости и закритического поведения тонкостенных подкрепленных элементов авиаконструкций в виде пологих оболочек из слоистых композитов. - создание методов, численных алгоритмов и программного обеспечения для расчета устойчивости и закритического деформирования конструкций с элементами из слоистого композита; - проведение численных исследований прочности и устойчивости панелей из слоистого композита с получением напряжений, критических нагрузок, форм потери устойчивости в широком диапазоне изменения параметров; - формулировка рекомендаций по использованию унифицированных компоновок слоёв. 3 Разработка алгоритма исследования напряженно-деформированного состояния и устойчивости отсеков композитного фюзеляжа с эллиптическими и овальными поперечными сечениями при комбинированном нагружении изгибающими, крутящими моментами, поперечной силой и внутренним давлением: -разработка новых конечных элементов с учетом поперечного сдвига в композите и жестких перемещений элементов в явном виде; - проведение параметрических компьютерных исследований с определением напряженно- деформированного состояния, критических нагрузок местных и общих форм потери устойчивости в широком диапазоне параметров овальности и эллиптичности узкофюзеляжных и широкофюзеляжных самолетов; -разработка рекомендаций по методам расчёта и проектирования конструкций фюзеляжей из композитов.

7 Основные этапы и сроки выполнения работ 1 Разработка методов расчета устойчивости и напряженно-деформированного состояния тонкостенных элементов конструкций из КМ Начало Окончание Экспериментальное исследование прочности механических соединений КМ при различных формах разрушения с моделированием воздействия влаги и температуры Начало Окончание Численное исследование нелинейного НДС и устойчивости тонкостенных конструкций из КМ Начало Окончание Разработка критериев расчёта на прочность механических соединений из КМ по характеристикам прочности монослоёв и их укладки в пакете. Начало Окончание Численные исследования в геометрически нелинейной постановке НДС и устойчивости подкрепленных некруговых цилиндрических оболочек фюзеляжей при комбинированном нагружении кручением с изгибом и внутренним давлением Начало Окончание Разработка рекомендаций по расчёту на прочность и проектированию механических соединений деталей из КМ и металла в зонах пересечения силовых потоков Начало Окончание

8 Ожидаемые результаты 1 Метод расчета на прочность и технология проектирования механических соединений высоконагруженных узлов из КМ и металла, которые позволят сократить сроки разработки АТ, уменьшить затраты на типовые испытания образцов соединений элементов конструкции, упростить экспериментальные исследования в обеспечение безопасности полетов по условиям усталостной прочности конструкции. 2 Метод и программное обеспечение для расчета устойчивости и закритического деформирования тонкостенных панелей с произвольной укладкой монослоёв, позволяющие без ограничений оценивать проекты АТ из слоистых композитов. 3 Метод расчёта в геометрически нелинейной постановке напряженно-деформированного состояния и устойчивости композитных оболочек фюзеляжей пассажирских самолетов, новые конечные элементы, алгоритм и программное обеспечение, позволяющие повысить уровень соответствия математических моделей образцам реальных конструкций. Результаты НИР соответствуют целям и задачам государственной программы в области создания научного задела в части, касающейся соответствия математических моделей образцам АТ, сокращению затрат на проведение типовых испытаний, сокращению сроков разработки АТ.